两足步行椅机器人的设计与研究

介绍了一种两足步行椅机器人机械系统和控制系统的硬件设计,分析了载人两足机器人与一般两足机器人在安全性、载重量和干扰方面的不同.并通过计算机仿真技术提高了设计的效率和可靠性,从而降低了系统级开发风险.     

两足步行机器人计算机控制系统设计方法的研究

以ＰＩＤ控制为基础，提出了一种适应于两足步行机器人计算机控制系统的设计方法，并对一些相关问题进行了讨论．本文提出的这种设计方法已被成功地应用于ＮＡＩＷＲ－１两足步行机器人．实践证明，它对控制两足步行机器人的稳定行走是有效和可行的．     

基于遗传算法的两足步行机器人步态优化

将具有２４ 个自由度的机器人ＪＦＨＲ简化为７ 连杆机构,建立了描述机器人姿态的位置向量．用三次多项式拟合机器人髋关节和踝关节的位置轨迹,并通过动力学模型建立能量消耗表达式,得到能量最优的步态,即多项式系数的获得就可以表示为一个多变量最小值的优化问题,最后应用遗传算法（Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ , ＧＡ）获得最优解．在ＧＡ设计中,将每一个需要优化的参数用１０位二进制数表示,种群中染色体的个数为５０,演化的代数固定为１００,杂交率和变异率分别定为０．８和０．０４．对平地步行和斜坡步行进行了仿真．     

两足步行机器人动态步行规划及仿真

根据双足步行机器人动态步行过程中必须满足的动态关系式,提出了动步态规划的两步规划法,从而既满足了机器人步行过程中的基本要求,又保证了系统能够实现动态协调运动。在此基础上,对无冲击步行机器人动态步行过程进行了规划和仿真。结果表明,两步规划法满足了动态步行的要求。     

无侧摆关节型两足步行机器人转弯步态规划方法的研究

首先介绍了无侧摆关节型两足步行机器人的平衡方法，然后对这类两足步行机器人转弯运动的步态规划进行了详细研究，建立了转弯过程中２只脚不发生干涉的条件以及为维持步行稳定性对重心的约束条件，最后通过对ＮＡＩＷＲ－１两足步行机器人的转弯运动进行计算机仿真，证实了本文所提出的转弯步态规划方法的正确性。     

两足步行机器人动态步行规划及仿真

根据双足步行机器人动态步行过程中必须满足的动态关系式，提出了动步态规划的两步规划法，从而既满足了机器人步行过程中的基本要求，又保证了系统能够实现动态协调运动.在此基础上，对无冲击步行机器人动态步行过程进行了规划和仿真.结果表明，两步规划法满足了动态步行的要求.     

具有弹性阻尼环节的步行机器人动步态仿真

在研究一种弹性腿机构的基础上,建立了两足步行机器人的动力学模型,设计了上阶梯的动步态．仿真结果表明,在腿机构的适当位置加入弹性阻尼元件能够减少驱动力矩（力）以及驱动功率的峰值．     

双足步行机器人模型解耦及控制

本文在双足机器人作平稳步行的假设下，建立了解耦的上身躯和两腿的模型，并基于奇异摄动理论在直角坐标系下给出了平稳步行的控制方法，同时在证明摄动方程稳定的前提下，建立了非线性控制器，解决了快速性和无超调之间的矛盾。     

基于髋部质量的被动步行机器人稳定性和鲁棒性

采用一种更接近于人类行走的匀质圆规步态模型,运用Lagrange法和碰撞时刻角动量守恒原理分别建立机器人的摆动模型及碰撞模型。基于对模型步态收敛域与外界扰动快速抑制的准确描述,将全局稳定性分析与局部稳定性分析相结合,对模型进行初始的参数优化配置,并建立Proe样机模型;通过单次与连续外界扰动下不同样机模型步态的自身调节变化分析,最终获得模型参数的最优化配置,并通过实物样机的行走实验进行理论分析验证。仿真结果表明:具有合理髋关节质量的被动步行机器人有更强的行走稳定性与鲁棒性。     

一种由人类步行启发的半被动双足步行机器人

针对半被动双足步行机器人所采用的控制方法大多较为复杂,并且缺乏控制参数对机器人性能影响的定量分析,从人类步行的生物力学研究得到启发,提出一种半被动双足步行机器人的控制方法,并定量分析该控制方法各参数对机器人性能的影响.在机器人摆动腿与地发生碰撞后开始于髋关节处施加方波力矩,作为动力输入.采用步态敏感范数衡量机器人的稳定性,采用无量纲步行能耗衡量机器人的步行效率.以稳定性、效率和步行速度作为机器人性能评价指标,通过仿真得到力矩、力矩作用时间和斜坡角度3个参数对机器人性能的影响.由于力矩在1个步行周期中没有做负功,该机器人具有与人类步行相似的高能量效率.该机器人能够实现沿上坡、下坡和平地步行.     

双足行走机器人步态轨迹规划

 通过对双足机器人行走过程中一些特殊点进行采样分析,对比人类自身行走步态的观察测量值,采用三次多项式插值来计算出双足行走机器人在行走过程中的行走轨迹,按人体比例设定参数,计算得出了1条比较光滑平稳的行走轨迹,使得机器人的行走姿态更像人类的行走.通过模拟测试,结果表明了用三次多项式插值方法是1种规划双足机器人行走步态的较好方法,而且得出的轨迹插值函数比较平滑.     

有躯干双足机器人被动行走及其稳定器

采用Matlab仿真的方式构建了一个简单的有躯干双足机器人模型,研究了该模型在斜坡上的被动行走,分析了模型步行的稳定性,并设计了一个全状态线性反馈步行稳定器.研究结果表明:无任何驱动器的有躯干双足机器人能够实现沿斜坡而下的被动行走,其步行方式有两种,但均不稳定;设计的全状态反馈稳定器能够较好地稳定模型的被动行走.     

基于LIPM的双足机器人变步长行走规划

为了提高双足机器人步行运动的灵活性,提出了一种基于线性倒立摆模型的双足步行规划算法.该算法首先根据所要达到的步长,获得支撑腿切换时质心的位置;然后,根据线性倒立摆模型的运动特性,计算出质心到达上述位置所需要的时间;最后,根据该时间对摆动脚用正弦曲线进行规划,使之能够在恰当的时刻到达所需的落脚点位置进行支撑脚的切换.该算法可使双足机器人在运动中变化步长,很好地提高其步行的灵活性.通过真实机器人的实验,验证了该方法的有效性和实用性.     

双足机器人稳定行走步行模式的研究

研究了一种基于零力矩点(ZMP)预观控制系统的双足机器人稳定行走步行模式生成方法.通过对双足机器人行走过程中行走参数及ZMP轨迹进行规划,计算出机器人行走过程中的质心轨迹.由运动学模型求解出其行走过程中步行姿态,预观控制器利用未来目标ZMP参考值和双足机器人状态计算控制输入,对机器人进行稳定行走控制.最后采用ADAMS和Matlab/Simulink联合仿真技术对离线步行模式进行仿真验证,仿真结果表明双足机器人虚拟样机可实现稳定行走效果.     

双足机器人动态步行仿人智能控制

针对双足机器人动态步行中存在的控制器复杂问题,提出了一种基于仿人智能控制的动态步行运动控制器.建立了平面五杆双足机器人动力学模型,通过模仿人类步行运动并根据动态步行过程中双腿的姿态变化,将动态步行复杂任务分解为顺序执行的4个过程,结合相平面法定性定量的分析,设计了步行运动控制模态及相应阶段的动觉智能图式群.仿真实验表明,该方法实现了双足机器人连续动态步行运动,控制方式简单易实现.     

Stability margin of the quadruped bionic robot with spinning gait

Spinning gait is valuable for quadruped robot, which can be used to avoid obstacles quickly for robot walking in unstructured environment.A kind of bionic flexible body is presented for quadruped robot to perform the spinning gait.The spinning gait can be achieved by coordinated movement of body laterally bending and legs swing, which can improve the mobility of robot walking in the un-structured environments.The coordinated movement relationship between the body and the leg mechanism is presented.The stability of quadruped robot with spinning gait is analyzed based on the center of gravity ( COG) projection method.The effect of different body bending angle on the stabili-ty of quadruped robot with spinning gait is mainly studied.For the quadruped robot walking with spinning gait, during one spinning gait cycle, the supporting polygon and the trajectory of COG pro-jection point under different body bending angle are calculated.Finally, the stability margin of quadruped robot with spinning gait under different body bending angle is determined, which can be used to evaluate reasonableness of spinning gait parameters.     

Analysis of period doubling bifurcation and chaos mirror of biped passive dynamic robot gait

With a reasonable parameter configuration,the passive dynamic walking model has a stable,efficient,natural periodic gait,which depends only on gravity and inertia when walking down a slight slope.In fact,there is a delicate balance in the energy conversion in the stable periodic gait,making the gait adjustable by changing the model parameters.Poincaré mapping is combined with Newton-Raphson iteration to obtain the numerical solution of the final state of the passive dynamic walking model.In addition,a simulation on the walking gait of the model is performed by increasing the slope step by step,thereby fixing the model’s parameters synchronously.Then,the gait features obtained in the different slope stages are analyzed and discussed,the intrinsic laws are revealed in depth.The results indicate that the gait can present features of a single period,doubling period,the entrance of chaos,merging of sub-bands,and so on,because of the high sensitivity of the passive dynamic walking to the slope.From a global viewpoint,the gait becomes chaotic by way of period doubling bifurcation,with a self-similar Feigenbaum fractal structure in the process.At the entrance of chaos,the gait sequence comprises a Cantor set,and during the chaotic stage,sub-bands in the final-state diagram of the robot system present as a mirror of the period doubling bifurcation.     

基于Petri网模型控制的步行机器人的自由步态

为解决步行机器人在复杂环境下的运动问题 ,根据步行运动的特点 ,提出了单腿运动的 Petri网控制模型 ,又以5足步行机为例 ,建立了与其腿数相对应的多腿协调控制模型 ,并制定了相应的控制策略。在此基础上 ,重新提出了有关步行机器人自由步态的有关概念及其运动规划算法 ,定义了保持静稳定行走状态的运动条件和判断方法。最后对 5足步行机在平面不连续落足区内的跨沟运动进行了仿真。仿真结果表明 ,提出的运动控制模型和自由步态能够自动适应运动环境 ,实现离散地形下的步行运动